Разбирая свои архивы при подготовке материалов для этого сайта я нашел статью "Установка для исследования электродинамической левитации", о которой давно забыл.
      Эта статья была написана в конце 1979 года по результатам совместной работы по исследованию ЭДП, проводимых ВНИИПИтранспрогресс и ИМЕТ, но по некоторым причинам, которые я сейчас считаю несущественными, так и не была опубликована. Приношу свои, понимаю что запоздалые извинения, всем соавторам и привожу ее без каких-либо измененений, как есть.
      Фото стенда, на котором проводились описанные в данной статье работы можно посмотреть в фото-архиве.

      Вопросы создания нового, высокоскоростного транспорта приобрели в последние годы особое значение в связи с быстрым возрастанием пассажирских и грузовых, перевозок, как у нас в стране, так и за рубежом.
      Разработка высокоскоростных транспортных систем требует принципиально новых технических решений. Применение бесконтактного магнитного подвешивания траспсртных средств совместно с тяговыми линейными электрическими двигателями является одним из возможных вариантов решения данной проблемы.
      В зависимости от назначения транспортных средств могут быть использованы различные типы магнитной подвески: электромагнитная, электродинамическая, на постоянных магнитах. В случае высоких скоростей лучшими характеристиками будут обладать электродинамические левитациошше системы с использованием сверхпроводящих (СП) магнитов и путевого полотна, выполненного из немагнитного проводящего материала с нормальной проводимостью [I].
      Современные сверхпроводящие магниты позволяют получить значительные плотности магнитной энергии в единице объема, что необходимо для получения подъемных сил, достаточных для перемещения транспортных средств весом в десятки тонн на левитационной высоте до 0,3 м.
      Принцип действия электродинамической системы подвешивания заключается в следующем: сверхпроводящий магнит, движущийся над поверхностыо проводящего полотна, всзбуждает в нем вихревые токи, взаимодействие которых с полем магнита приводит к появлению подъемной, поперечной и тормозящей сил. Основными достоинствами электродинамической подвески (ЭДП) является значительная величина отношения подъемной силы к весу сверхпроводящего магнита, простота и низкие требования к точности изготовления путевого полотна.       В настоящее время в ряде стран ведутся работы по исследованию систем электродинамического подвешивания с точки зрения их практического применения [1].
      Для изучения характеристик ЭДП авторами была создана экспериментальная установка (лабораторный стенд) электродинамической левитации.
      Стенд состоит из следующих основных частей: механической, криогенной и диагностической. Схема стенда приведена на рис.1.

      Гелиевый криостат (I) с охлаждаемой катушкой-источником магнитного поля (20) устанавливается над вращающимся колесом (маховиком) (3), имитирующим движущееся путевое полотно. Диаметр колеса 900 мм, толщина обода 15 мм, ширина 250 мм. Колесо изготовлено из алюминиевого сплава марки АМЦ и приводится в движение гидродвигателем (4), обеспечивающим скорость вращения колеса до 2000 об/мин с крутящим моментом ~200 Нм. Для устранения аэродинамического воздействия вращающегося колеса стенда на криостат, между криостатом ж колесом, установлен аэродинамический экран (5), выполненный из немагнитного материала (нержавеющая сталь).
      На одном валу с колесом установлен фотоэлектрический датчик импульсов (6), сигнал с которого поступает на электронный частотометр (7), регистрирующий частоту вращения колеса.
      Схема установки предусматривает жесткое крепление катушки внутри криостата (схема крепления на рис. 1 не показана). При этом левитациснные силы, действующие на катушку, регистрируются системой датчиков сил (8-11) как усилия, приложенные к замкнутой системе криостат-магнит. Измерение действующих сил осуществляется с помощью системы тензодатчиков; три полумоста (8-10), в которые включены тензодатчики подъемной, тормозной и поперечной сил соединены со входом, тензометрического усилителя ТА-5 (12), сигнал с которого регистрируется светолучевым осциллографом или миллиамперметром (13). Тарировка тензодатчиксв производится на собранной установке как перед экспериментом, так и непосредственно после него.
      Охлаждение катушки до рабочей температуры, ссуществляется жидким гелием из дъюара (14) через гибкий трубопровод (15). Вентили BI и В2 служат для подсоединения криостата с помощью гибких шлангов к системе сбора газообразного гелия.
      Ввод тока в катушку производится с блока ввода тока (16). Блок контроля (17) служит для контроля уровня гелия в криостате при помощи датчиков уровня (18,19).
      На стенде используются два типа источников питания. Блок контроля запитывается от гальванических элементов типа "БАКЕН", Остальные части схемы запитываются от распределительного щита однофазным током напряжением 220 в.
      На первом этапе экспериментальных работ осуществлялась отработка методики проведения эксперимента, после чего проводилисъ измерения левитационных характеристик модели ЭДП. Ниже приведены экспериментальные данные, полученные для прямоугольной катушки, изготовленной из многожильного композитного провода марки НТБ-I диаметром 0,5 мм и имеющей следующий размеры:
          - размер по среднему витку 6,9x4,2 см;
          - высоту обмотки 3,4 см;
          - толщину обмотки 2,3 см;
          - число витков 1995.
      Измерения проводились на катушках как разной формы, так и различного размера, что позволяло получать различное число витков. Во всех случаях расход материала был невелик, что позволяло кроме снятия левитационных характеристик на стенде, проводить испытания различных сверхпроводящих материалов в одинаковом режиме. Исследования на круглых катушках показали, что при этой форме значение подъемной силы ниже, чем на катушках прямоугольной формы. Поэтому в дальнейшем все эксперименты проводились на катушках прямоугольной формы.
      Некоторые результаты проведенных на стенде измерений приведены на рис.2 и рис.3. Графики представляют собой зависимости подъемной  F_L , тормозной  F_D  и поперечной  F_T  сил от линейной скорости  v  движения обода колеса. В отсутствие бокового смещения  d  катушки относительно центра "полотна" поперечная сила  F_T  равна нулю (рис.3). Расстояние от среднего витка СП катушки до проводящей поверхности (зазор) по всех случаях было неизменным и составляло 8,8 см. Большая сторона катушки ориентирована вдоль направления движения "полотна".

Рис. 2. Зависимости подъемной и тормозной сил от скорости. Боковое смещение  d =0;

- измеренные значения подъемной и тормозной сил при увеличении скорости от 0 до 50 м/с;

- те же значения при снижении скорости от 50 до 0 м/с.

Рис. 3. Зависимости левитационных сил от скорости при наличии бокового смещения. Боковое смещение d =3,3 см.

      Кривые на рис. 2 и 3 построены по экспериментальным данным с учетом поправки на испарение гелия во время эксперимента.
      Подъемная сила  F_L  с увеличением скорости растет, причем на больших скоростях этот рост замедляется. Как следует из теоретических рассмотрений [l]  F_L  на больших скоростях приближается к своему максимально возможному значению  F_I  , где  F_I  - сила взаимодействия катушки и ее зеркального, относительно полотна, изображения. Для параметров экспериментальной катушки, числа амперметров  I_W  =10⁵  и высоты подвески  h = 8,8 см  F_I = 44,5 Н . Зависимость силы торможения  F_D  от скорости движения имеет следующий вид: быстрый рост при малых скоростях с последующим достижением максимального значения (так называемого "пика тормозной силы") и стремление к нулю при дальнейшем возрастании скорости.
      Поведение поперечной силы  F_T   аналогично поведению подъемной силы.
      Характер приведенных привых находится в качественном согласии с теоретически расчитанными зависимостями левитациоиных сил от скорости [l].

ЛИТЕРАТУРА

[назад]